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<title>解密 Go 语言之反射 reflect - 花落雨忧</title>

<meta property="og:title" content="解密 Go 语言之反射 reflect - 花落雨忧">



    



    
    <meta property="description" content="大家好，我是煎鱼。
在所有的语言中，反射这一功能基本属于必不可少的模块。虽说 “反射” 这个词让人根深蒂固，但更多的还是 WHY。反射到底是什么，反射又是基于什么法则实现的？
今天我们通过这篇文章来一一揭晓，以 Go 语言为例，了解反射到底为何物，其底层又是如何实现的。
[&amp;hellip;] 在计算机学中，反射是指计算机程序在运行时（runtime）可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。 &amp;hellip;">
    <meta property="og:description" content="大家好，我是煎鱼。
在所有的语言中，反射这一功能基本属于必不可少的模块。虽说 “反射” 这个词让人根深蒂固，但更多的还是 WHY。反射到底是什么，反射又是基于什么法则实现的？
今天我们通过这篇文章来一一揭晓，以 Go 语言为例，了解反射到底为何物，其底层又是如何实现的。
[&amp;hellip;] 在计算机学中，反射是指计算机程序在运行时（runtime）可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。 &amp;hellip;">
    






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            <p class="tagline">思所及 力所行 方为真.</p>
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                                            <a href="/posts/go/reflect/">解密 Go 语言之反射 reflect</a>
                                        </h2>
                                        
                                        <div class="post-byline">Published on
                                            <a class="date" href="javascript:;">2020/11/07</a>
                                            
                                            
                                            
                                            
                                            
                                        
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                                        <p>大家好，我是煎鱼。</p>
<p>在所有的语言中，反射这一功能基本属于必不可少的模块。虽说 “反射” 这个词让人根深蒂固，但更多的还是 WHY。反射到底是什么，反射又是基于什么法则实现的？</p>
<p><img src="https://image.eddycjy.com/47976eb32b9cb5bdbe1869123fefb92b.jpg" alt="image"></p>
<p>今天我们通过这篇文章来一一揭晓，以 Go 语言为例，了解反射到底为何物，其底层又是如何实现的。</p>
<h2 id="反射是什么">反射是什么</h2>
<p>在计算机学中，反射是指计算机程序在运行时（runtime）可以访问、检测和修改它本身状态或行为的一种能力。用比喻来说，反射就是程序在运行的时候能够 “观察” 并且修改自己的行为（来自维基百科）。</p>
<p><img src="https://image.eddycjy.com/96394a2bb7b1dd964b5197837781e348.jpg" alt="image"></p>
<p>简单来讲就是，应用程序能够在运行时观察到变量的值，并且能够修改他。</p>
<h2 id="一个例子">一个例子</h2>
<p>最常见的 reflect 标准库例子，如下：</p>
<pre><code>import (
	&quot;fmt&quot;
	&quot;reflect&quot;
)

func main() {
	rv := []interface{}{&quot;hi&quot;, 42, func() {}}
	for _, v := range rv {
		switch v := reflect.ValueOf(v); v.Kind() {
		case reflect.String:
			fmt.Println(v.String())
		case reflect.Int, reflect.Int8, reflect.Int16, reflect.Int32, reflect.Int64:
			fmt.Println(v.Int())
		default:
			fmt.Printf(&quot;unhandled kind %s&quot;, v.Kind())
		}
	}
}
</code></pre><p>输出结果：</p>
<pre><code>hi
42
unhandled kind func
</code></pre><p>在程序中主要是声明了 rv 变量，变量类型为 <code>interface{}</code>，其包含 3 个不同类型的值，分别是字符串、数字、闭包。一般 <code>interface{}</code> 的使用常见于不知道入参者具体的基本类型是什么，那么就会用 <code>interface{}</code> 类型来做一个伪 “泛型”。</p>
<p>这时候又会引出一个新的问题，既然入参是 <code>interface{}</code>，那么出参时呢？ Go 语言是强类型语言，入参是 <code>interface{}</code>，出参也肯定是跑不了的，因此必然离不开类型的判断，这时候就要用到反射，也就是 reflect 标准库。反射过后又再进行 <code>(type)</code> 的类型断言。</p>
<p><img src="https://image.eddycjy.com/f14d599ca1763d6e33e98179474929ac.jpg" alt="image"></p>
<p>这就是我们在编写程序时最常遇见的一个反射使用场景。</p>
<h2 id="go-reflect">Go reflect</h2>
<p>reflect 标准库中，最核心的莫过于 <code>reflect.Type</code> 和 <code>reflect.Value</code> 类型。而在反射中所使用的方法都围绕着这两者进行，其方法主要含义如下：</p>
<p><img src="https://image.eddycjy.com/da4e21e579da2a049598c5e209209269.jpg" alt="image"></p>
<ul>
<li>
<p><code>TypeOf</code> 方法：用于提取入参值的<strong>类型信息</strong>。</p>
</li>
<li>
<p><code>ValueOf</code> 方法：用于提取存储的变量的<strong>值信息</strong>。</p>
</li>
</ul>
<h3 id="reflecttypeof">reflect.TypeOf</h3>
<p>演示程序：</p>
<pre><code>func main() {
	blog := Blog{&quot;煎鱼&quot;}
	typeof := reflect.TypeOf(blog)
	fmt.Println(typeof.String())
}
</code></pre><p>输出结果：</p>
<pre><code>main.Blog
</code></pre><p>从输出结果中可得出 <code>reflect.TypeOf</code> 成功解析出 <code>blog</code> 变量的类型是 <code>main.Blog</code>，也就是连 package 都知道了。通过人识别的角度来看似乎很正常，但程序就不是这样了。</p>
<p>他是怎么知道 “他” 是哪个 package 下的什么呢？我们一起追一下源码看看：</p>
<pre><code>func TypeOf(i interface{}) Type {
	eface := *(*emptyInterface)(unsafe.Pointer(&amp;i))
	return toType(eface.typ)
}
</code></pre><p>从源码层面来看，<code>TypeOf</code> 方法中主要涉及三块操作，分别如下：</p>
<ol>
<li>
<p>使用 <code>unsafe.Pointer</code> 方法获取任意类型且可寻址的指针值。</p>
</li>
<li>
<p>利用 <code>emptyInterface</code> 类型进行强制的 <code>interface</code> 类型转换。</p>
</li>
<li>
<p>调用 <code>toType</code> 方法转换为可供外部使用的 <code>Type</code> 类型。</p>
</li>
</ol>
<p>而这之中信息量最大的是 <code>emptyInterface</code> 结构体中的 <code>rtype</code> 类型：</p>
<pre><code>type rtype struct {
	size       uintptr
	ptrdata    uintptr 
	hash       uint32 
	tflag      tflag 
	align      uint8  
	fieldAlign uint8  
	kind       uint8   
	equal     func(unsafe.Pointer, unsafe.Pointer) bool
	gcdata    *byte  
	str       nameOff 
	ptrToThis typeOff 
}
</code></pre><p>在使用上最重要的是 <code>rtype</code> 类型，其实现了 <code>Type</code> 类型的所有接口方法，因此他可以直接作为 <code>Type</code> 类型返回，而 <code>Type</code> 实际上是一个接口实现，其包含了获取一个类型所必要的所有方法：</p>
<pre><code>type Type interface {
	// 适用于所有类型
	// 返回该类型内存对齐后所占用的字节数
	Align() int

	// 仅作用于 strcut 类型
	// 返回该类型内存对齐后所占用的字节数
	FieldAlign() int

	// 返回该类型的方法集中的第 i 个方法
	Method(int) Method

	// 根据方法名获取对应方法集中的方法
	MethodByName(string) (Method, bool)

	// 返回该类型的方法集中导出的方法的数量。
	NumMethod() int

	// 返回该类型的名称
	Name() string
	...
}
</code></pre><p><code>Type</code> 接口的方法是真的多，建议大致过一遍，了解清楚有哪些方法，再针对向看就好。</p>
<p>主体思想是给自己大脑建立一个索引，便于后续快速到 pkg.go.dev 上查询。</p>
<h3 id="reflectvalueof">reflect.ValueOf</h3>
<p>演示程序：</p>
<pre><code>func main() {
	var x float64 = 3.4
	fmt.Println(&quot;value:&quot;, reflect.ValueOf(x))
}
</code></pre><p>输出结果：</p>
<pre><code>value: 3.4
</code></pre><p>从输出结果中可得知通过 <code>reflect.ValueOf</code> 成功获取到了变量 <code>x</code> 的值为 3.4。与 <code>reflect.TypeOf</code> 形成一个相匹配，一个负责获取类型，一个负责获取值。</p>
<p>那么 <code>reflect.ValueOf</code> 是怎么获取到值的呢，核心源码如下：</p>
<pre><code>func ValueOf(i interface{}) Value {
	if i == nil {
		return Value{}
	}

	escapes(i)

	return unpackEface(i)
}

func unpackEface(i interface{}) Value {
	e := (*emptyInterface)(unsafe.Pointer(&amp;i))
	t := e.typ
	if t == nil {
		return Value{}
	}
	f := flag(t.Kind())
	if ifaceIndir(t) {
		f |= flagIndir
	}
	return Value{t, e.word, f}
}
</code></pre><p>从源码层面来看，<code>ValueOf</code> 方法中主要涉及如下几个操作：</p>
<ol>
<li>
<p>调用 <code>escapes</code> 让变量 <code>i</code> 逃逸到堆上。</p>
</li>
<li>
<p>将变量 <code>i</code> 强制转换为 <code>emptyInterface</code> 类型。</p>
</li>
<li>
<p>将所需的信息（其中包含值的具体类型和指针）组装成 <code>reflect.Value</code> 类型后返回。</p>
</li>
</ol>
<h4 id="何时类型转换">何时类型转换</h4>
<p>在调用 <code>reflect</code> 进行一系列反射行为时，Go 又是在什么时候进行的类型转换呢。毕竟我们传入的是 <code>float64</code>，而函数如参数是 <code>inetrface</code> 类型。</p>
<p>查看汇编如下:</p>
<pre><code>$ go tool compile -S main.go                         
	...
	0x0058 00088 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2817)	LEAQ	type.float64(SB), CX
	0x005f 00095 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2817)	MOVQ	CX, reflect.dummy+8(SB)
	0x0066 00102 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2817)	PCDATA	$0, $-2
	0x0066 00102 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2817)	CMPL	runtime.writeBarrier(SB), $0
	0x006d 00109 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2817)	JNE	357
	0x0073 00115 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2817)	MOVQ	AX, reflect.dummy+16(SB)
	0x007a 00122 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2348)	PCDATA	$0, $-1
	0x007a 00122 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2348)	MOVQ	CX, reflect.i+64(SP)
	0x007f 00127 ($GOROOT/src/reflect/value.go:2348)	MOVQ	AX, reflect.i+72(SP)
	...
</code></pre><p>显然，Go 语言会在编译阶段就会完成分析，且进行类型转换。这样子 <code>reflect</code> 真正所使用的就是 <code>interface</code> 类型了。</p>
<h3 id="reflectset">reflect.Set</h3>
<p>演示程序：</p>
<pre><code>func main() {
	i := 2.33
	v := reflect.ValueOf(&amp;i)
	v.Elem().SetFloat(6.66)
	log.Println(&quot;value: &quot;, i)
}
</code></pre><p>输出结果：</p>
<pre><code>value:  6.66

</code></pre><p>从输出结果中，我们可得知在调用 <code>reflect.ValueOf</code> 方法后，我们利用 <code>SetFloat</code> 方法进行了值变更。核心的方法之一就是 Setter 相关的方法，我们可以一起看看其源码是怎么实现的：</p>
<pre><code>func (v Value) Set(x Value) {
	v.mustBeAssignable()
	x.mustBeExported() // do not let unexported x leak
	var target unsafe.Pointer
	if v.kind() == Interface {
		target = v.ptr
	}
	x = x.assignTo(&quot;reflect.Set&quot;, v.typ, target)
	if x.flag&amp;flagIndir != 0 {
		typedmemmove(v.typ, v.ptr, x.ptr)
	} else {
		*(*unsafe.Pointer)(v.ptr) = x.ptr
	}
}
</code></pre><ol>
<li>
<p>检查反射对象及其字段是否可以被设置。</p>
</li>
<li>
<p>检查反射对象及其字段是否导出（对外公开）。</p>
</li>
<li>
<p>调用 <code>assignTo</code> 方法创建一个新的反射对象并对原本的反射对象进行覆盖。</p>
</li>
<li>
<p>根据 <code>assignTo</code> 方法所返回的指针值，对当前反射对象的指针进行值的修改。</p>
</li>
</ol>
<p>简单来讲就是，检查是否可以设置，接着创建一个新的对象，最后对其修改。是一个非常标准的赋值流程。</p>
<h2 id="反射三大定律">反射三大定律</h2>
<p>Go 语言中的反射，其归根究底都是在实现三大定律：</p>
<ol>
<li>
<p>Reflection goes from interface value to reflection object.</p>
</li>
<li>
<p>Reflection goes from reflection object to interface value.</p>
</li>
<li>
<p>To modify a reflection object, the value must be settable.</p>
</li>
</ol>
<p>我们将针对这核心的三大定律进行介绍和说明，以此来理解 Go 反射里的各种方法是基于什么理念实现的。</p>
<h3 id="第一定律">第一定律</h3>
<p>反射的第一定律是：“反射可以从接口值（interface）得到反射对象”。</p>
<p>示例代码：</p>
<pre><code>func main() {
	var x float64 = 3.4
	fmt.Println(&quot;type:&quot;, reflect.TypeOf(x))
}
</code></pre><p>输出结果：</p>
<pre><code>type: float64
</code></pre><p>可能有读者就迷糊了，我明明在代码中传入的变量 <code>x</code>，他的类型是 <code>float64</code>。怎么就成从接口值得到反射对象了。</p>
<p>其实不然，虽然在代码中我们所传入的变量基本类型是 <code>float64</code>，但是 <code>reflect.TypeOf</code> 方法入参是 <code>interface{}</code>，本质上 Go 语言内部对其是做了类型转换的。这一块会在后面会进一步展开说明。</p>
<h3 id="第二定律">第二定律</h3>
<p>反射的第二定律是：“可以从反射对象得到接口值（interface）”。其与第一条定律是相反的定律，可以是互相补充了。</p>
<p>示例代码：</p>
<pre><code>func main() {
	vo := reflect.ValueOf(3.4)
	vf := vo.Interface().(float64)
	log.Println(&quot;value:&quot;, vf)
}
</code></pre><p>输出结果：</p>
<pre><code>value: 3.4
</code></pre><p>可以看到在示例代码中，变量 <code>vo</code> 已经是反射对象，然后我们可以利用其所提供的的 <code>Interface</code> 方法获取到接口值（interface），并最后强制转换回我们原始的变量类型。</p>
<h3 id="第三定律">第三定律</h3>
<p>反射的第三定律是：“要修改反射对象，该值必须可以修改”。第三条定律看上去与第一、第二条均无直接关联，但却是必不可少的，因为反射在工程实践中，目的一就是可以获取到值和类型，其二就是要能够修改他的值。</p>
<p>否则反射出来只能看，不能动，就会造成这个反射很鸡肋。例如：应用程序中的配置热更新，必然会涉及配置项相关的变量变动，大多会使用到反射来变动初始值。</p>
<p>示例代码：</p>
<pre><code>func main() {
	i := 2.33
	v := reflect.ValueOf(&amp;i)
	v.Elem().SetFloat(6.66)
	log.Println(&quot;value: &quot;, i)
}
</code></pre><p>输出结果：</p>
<pre><code>value:  6.66
</code></pre><p>单从结果来看，变量 <code>i</code> 的值确实从 <code>2.33</code> 变成了 <code>6.66</code>，似乎非常完美。</p>
<p>但是单看代码，似乎有些 “问题”，怎么设置一个反射值这么 ”麻烦“：</p>
<ol>
<li>
<p>为什么必须传入变量 <code>i</code> 的指针引用？</p>
</li>
<li>
<p>为什么变量 <code>v</code> 在设置前还需要 <code>Elem</code> 一下？</p>
</li>
</ol>
<p>本叛逆的 Gophper 表示我就不这么设置，行不行呢，会不会出现什么问题：</p>
<pre><code>func main() {
	i := 2.33
	reflect.ValueOf(i).SetFloat(6.66)
	log.Println(&quot;value: &quot;, i)
}
</code></pre><p>报错信息：</p>
<pre><code>panic: reflect: reflect.Value.SetFloat using unaddressable value

goroutine 1 [running]:
reflect.flag.mustBeAssignableSlow(0x8e)
        /usr/local/Cellar/go/1.15/libexec/src/reflect/value.go:259 +0x138
reflect.flag.mustBeAssignable(...)
        /usr/local/Cellar/go/1.15/libexec/src/reflect/value.go:246
reflect.Value.SetFloat(0x10b2980, 0xc00001a0b0, 0x8e, 0x401aa3d70a3d70a4)
        /usr/local/Cellar/go/1.15/libexec/src/reflect/value.go:1609 +0x37
main.main()
        /Users/eddycjy/go-application/awesomeProject/main.go:10 +0xc5
</code></pre><p>根据上述提示可知，由于使用 “使用不可寻址的值”，因此示例程序无法正常的运作下去。并且这是一个 <code>reflect</code> 标准库本身就加以防范了的硬性要求。</p>
<p>这么做的原因在于，Go 语言的函数调用的传递都是值拷贝的，因此若不传指针引用，单纯值传递，那么肯定是无法变动反射对象的源值的。因此 Go 标准库就对其进行了逻辑判断，避免出现问题。</p>
<p>因此期望变更反射对象的源值时，我们必须主动传入对应变量的指针引用，并且调用 <code>reflect</code> 标准库的 <code>Elem</code> 方法来获取指针所指向的源变量，并且最后调用 <code>Set</code> 相关方法来进行设置。</p>
<h2 id="总结">总结</h2>
<p>通过本文我们学习并了解了 Go 反射是如何使用，又是基于什么定律设计的。另外我们稍加关注，不难发现 Go 的反射都是基于接口（interface）来实现的，更进一步来讲，Go 语言中运行时的功能很多都是基于接口来实现的。</p>
<p>整体来讲，Go 反射是围绕着三者进行的，分别是 Type、Value 以及 Interface，三者相辅相成，而反射本质上与 Interface​ 存在直接关系，Interface​ 这一块的内容我们也将在后续的文章进行进一步的剖析。</p>


                                        
                                        
                                        
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                            var profile = $('#text-2');
                            $('#toggle-navigation').click(function () {
                                if (menuPrimaryContainer.hasClass('open')) {
                                    profile.removeClass('open');
                                } else {
                                    profile.addClass('open');
                                }
                            });
                        });
                    })(jQuery);
                </script>
            </p>
        </div>
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                <a href="https://github.com/idoubi/gonews"
                    target="_blank">gonews</a>: &nbsp;Daily news for golang<br>
                
                <a href="https://github.com/idoubi/sql2struct"
                    target="_blank">sql2struct</a>: &nbsp;Generate go struct according to SQL<br>
                
                <a href="https://github.com/idoubi/goz"
                    target="_blank">goz</a>: &nbsp;Request library used in golang<br>
                
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